Устройство для измерения динамики роста и температуры растения

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при изучении динамики роста и температуры растений в процессе биологического эксперимента. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, повышение точности измерения, а также уменьшение габаритных размеров и массы. Датчик роста 2 выполнен в виде гибкого пьезоэлемента с двумя электродами, имеет форму плоской ленты и оборачивается в ходе работы вокруг стебля растения. Устройство позволяет проводить измерение динамики роста растения, так как растение вызывает деформацию пьезоэлемента и изменение его заряда. Это изменение усиливается блоком усиления 4 и результат измерения отображается на одном из регистрирующих приборов 16 или 17. При уменьшении температуры электрическая проводимость пьезоэлемента изменяется. Изменение этого пассивного параметра с помощью измерителя электрической проводимости 12 пьезоэлемента преобразовывается в электрический сигнал и информация о температуре отображается на другом регистрирующем приборе. Устройство позволяет одновременно измерять две физические величины одним чувствительным элементом датчика. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1496705 А 1 (51) 4 А 01 С 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Л:,". 3;--"3 Я

1 ,. ЙТ "Т:., - .. .:« ЫМЛЛ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ.ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4310487/30-15 (22) 29.09.87 (46) 30.07.89. Бюл. Мд 28 (71) Специальное опытное проектно-конструкторско — технологическое бюро СО ВАСХНИЛ (72) А.Ф.Алейников (53) 631.547.2:531.715.55(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 940698, кл. А 01 G 7/00, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИНАМИКИ РОСТА И ТЕМПЕРАТУРЫ РАСТЕНИЯ (57) Изобретение отйосится к сельскому хозяйству и может быть использовано при изучении динамики роста и температуры растений в процессе биологического эксперимента.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей, повышение точности измерения, а также уменьшение габаритных размеров и массы.

Датчик 2 роста выполнен в виде гиб2 кого пьезоэлемента с двумя электродами, имеет форму плоской ленты и оборачивается в ходе работы вокруг стебля растения. Устройство позволяет с проводить измерение динамики роста

P растения, так как растение вызывает деформацию пьезоэлемента и изменение его заряда. Это изменение усиливается блоком 4 усиления и результат измерения отображается на одном из регистрирующих приборов 16 или 17. При уменьшении температуры электрическая проводимость пьезоэлемента изменяется, Изменение этого пассивного параметра с помощью измерителя 12 электрической проводимости пьезоэлемента преобразовывается в электрический сигнал н информация о температуре отображается па другом регистрирующем приборе. Устройство позволяет одновременно измерять две физические величины одним чувствительным элементом датчика.2 ил.

3 1496705

Изобретение относится к сельско.му хозяйству и биологии высших растений и может быть использовано при изучении динамики роста и температу5 ры растения в процессе биологических исследований.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, повышение точности измерения, а также уменьшение габаритных размеров и массъ .

На фиг.1 приведена структурная схема устройства для измерения динамики роста и температуры растения; на15 фиг.2 — конструкция датчика роста.

Устройства (фиг.1) .содержит объект 1 измерения (фитоэлемент рас, тения), датчик 2 роста и измерительный блок 3, выполненный в виде блока 4 усиления, содержащего, например, операционный усилитель 5, посто янные резисторы 6-9, переменный резистор 10 и корректирующий конденсатор 11, измерителя 12 электриче- 25 ской проводимости, содержащего, например, генератор 13 синусоидального напряжения, усилитель 14 переменно-. го напряжения и прецезионный выпрямитель 15, первого 16 и второго. 17 регистрирующих приборов.

Датчик 2 роста (фиг.2) содержит основание 18, органический пьезоэлемент 19, первый 20 и второй 21 метал" лические электроды и электрические выводы 22% 23 °

Основание 18 представляет собой полимерную пленку, на поверхность которой, например, вакуумной. сублимацией последовательно нанесены, слой о первого металлического электрода

20, органического пьезоэлемента 19, выполненногв, например, на основе органических полициклических соединений и второго металлического элек45 трода 21. К электродам 20, 21 подключены, например, методом термокомпрессионной сварки электрические выводы 22, 23. Такая структура образует гибкий пьезоэлек:рический дат- 50 чик давления. Для крепления датчика 2 роста на объекте 1 измерения, . которым являе-.ся стебель растения, нанесена (или закреплена) клеющая текстура (не показано), позволяющая неоднократно осуществлять процесс установки датчика 2 роста на стебле растения.

4 !!

Например, в качестве такой текстуры может бьггь использована бытовая липкая лента.

Блок 4 усиления (фиг.1) выполнен на базе, например, дифференциального инвертирующего операционйого усилителя.

Электрические выводы 22, 23 пьезоэлемента датчика 2 (фиг.1) через резисторы 6, 7 соответственно соединены с инвертирующим входом операционного усилителя 5. Выход операционного усилителя 5 соединен со своим неинвертирующим входом через резистор 9 и с корректирующим входом— через конденсатор 1 1. Неинвертирующий вход операционного усилителя 5 соединен через резистор 8 с точкой нулевого потенциала, а через переменный резистор — с источником стабилизированного постоянного напряжения

Ед. Выход операционного усилителя

5 подключен к входу второго регистрирующего прибора 17.. Генератор 13 синусоидального напряжения соединен с электрическйми выводами 22, 23 датчика 2 роста и входами усилителя

14 переменного напряжения, выход которого через прецизионный выпрямитель 15 подключен к входу первого регистрирующего прибора 16.

В основе эффекта изменения электрической проводимости пьезоэлемента в основном лежит зависимость диэлектрической проницаемости пьезоматериала от изменений температуры, в результате чего проводимость пьезоэлемента (за счет изменения ее емкостной составляющей) изменяется.

Действительно, пьезоэлемент представляет собой плоскопараллельный конденсатор, который обладает емкостью где, С вЂ” емкость пьезоэлемента ? (Ф);

S — площадь электродов 20 или

21 (м )

Я, — диэлектрическая постоянная (8,84 -10 " ) — относительная диэлектрическая проницаемость пьезоматериала;

d — толщина пьезоматериала (м) °

Устройство работает следующим образом.

96705 6

25

5 14

Датчик 2 роста оборачивается вокруг стебля растения, который служит объектом 1 измерения, и с:помощью клеящей текстуры его основания 18 закрепляется на стебле.

Прирост ° стебля по толщине вызывает деформацию пьезоэлемента 19, а следовательно, за счет прямого пьезоэффекта и изменение его заряда.

Изменения усиливаются и нормируются, в соответстввии с принятой шкалой измерения роста растения, блоком 4 усиления, и результат измерения отображается на втором регистрирующем приборе. 17.

Изменение температуры вызывает изменение электрической проводимости пьезоэлемента, например ее реактивной составляющей — емкости. Это изменение с помощью измерителя 12 преобразуется в электрический сигнал

Ф также нормируется в соответствии с принятой шкалой измерения температуры, например цельсия. Информация о температуре отображается на первом регистрирующем приборе 16 °

Более подробно работа устройства может быть представлена следующим образом. Изменение заряда пьезоэлемента 19 датчика 2 поступает на вход . блока 4 усиления, выполненного,например, на базе дифференциального операционного усилителя с высоким входным сопротивлением типа

К 284Уд1А. Резисторы 6» 7 ограничивают входные токи 4 усиления. Отно шение сопротивления резистора 9 к сопротивлению резистора 6 устанавливает необходимый коэффициент усиления блока 4 усиления. Конденсатор 11 служит для коррекции амплитудно-частотной характеристики блока 4. С помощью его исключается взаимосвязь каналов измерения роста и температуры растения, т.е. с помощью конденсатора 11 амплитудно-частотная характеристика блока 4 усиления ограничивается областью медленно меняющих низких частот и сигнал генератора 13 измерителя 12 электрической проводимости (частота которого выбрана,по крайней мере,на один порядок выше) не усиливается блоком 4 усиления и не оказывает влияние на канал измерителя роста растения. В случае применения в качестве блока 4 усиления микросхемы

К284УД1А, конденсатор 11 подключается между выводом усилителя 5 (корректирующий вход) и выводом резисто-, ра 8 (выход). При помощи регулируемого делителя напряжения, собранного на резисторах 8, 10, компенсируется начальная составляющая заря да пьезоэлемента 19, возникающая при установке датчика 2 на стебле растения, т.е. в начальный момент измерения на выходе блока 4 усиления устанавливают нулевой сигнал.

Усиленный и снормированный сигнал с вьмода блока 4 усиления поступает на вход второго регистрирующего прибора 17, выполненного, например, на базе аналогового самопишущего устройства "endim". С помощью регистрирующего прибора 17 информация о динамике роста заносится на бумажный носитель. Не исключена возможность выполнения регистрирующих приборов 16, 17 в виде аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с цифровым индикатором и цифропечатающим устройством. В таком случае операции нормирования и линеаризации передаточной характеристики каналов измерения устройства будут проводиться с помощью соответствующих АЦП. Измерение же температуры осуществляется следующим образом. На пьезоэлемент 19 датчика

2 подается синусоидальное напряжение, например, с частотой 1 кГц.

Падение переменного напряжения на выводах 22, 23 датчика 2 несет информацию о температуре растения,Это падение усиливается и нормируется соответственно усилителем 14 переменного напряжения, преобразуется с

40 помощью прецизионного выпрямителя 15 в постоянное напряжение. Результат измерения температуры аналогичным образом отображается или регистриру- . ется на первом регистрирующем при45 боре 16, Выбор частоты генератора 13, полосы пропускания частот блока 4 усиления, коэффициента усиленйя усилителя 14 и т.п., осуществляется при реализации и проектировании конкретных устройств для измерения динамики роста и температуры растения, с учетом конкретного материала, применяемого пьезоэлемента, его размеров, динамического диапазона изме55 рения характеристик растения.

Использование в качестве чувствительного элемента датчика 2 роста гибкого пьезоэлемента и его отрабе.—

1496705

Формула изобретения

Устройство для измерения динамики роста и температуры растения, содер

Составитель Л.Пантелеева

Редактор М.Бандура Техред М,дидык Корректор M.Ïîæo.

Заказ 4348/4 Тираж 621 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, R-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат патент, r. Ужгород, ул. аг р

11

Гага ина 101 танная технология производства позволяет создать простой миниатюрный многофункциональный датчик для измерения двух физических величин.

Устройство просто в изготовлении и эксплуатации, обладает высокими помехозащищенностью и надежностью, может найти применение для исследования растений на объектах, где к техническим средствам предъявляются прежде всего требования обеспечения минимальных габаритов и веса. Кроме того, оно может быть использовано при диагностике функционального состояния растений, при проведении селекционных работ, при оценке и прогнозировании урожая сельскохозяйственных культур и т.п. жащее датчик роста, включающий соединенные последовательно чувствительный элемент и электроды; выводы которых связаны с соответствующими вхо5

I дами измерительного блока, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей,повышения точности измерения, а также уменьшения габаритных размеров и массы, чувствительный элемент датчика роста выполнен в виде пьезоэлемента, а измерительный блок состоит из блока усиления, ивмерителя электрической проводимости пьезоэлемента и двух регистрирующих приборов, причем выводы датчика роста соединены с соответствующими входами блока усиления и измерителя электрической проводимости пьезоэлемента, а выход последнего связан с первым регистрирующим прибором, при этом второй регистрирующий прибор подключен к выходу блока усиления.